Спросить
Войти
ЭКОЛОГИЯ
УДК 504.06: 556.114
СОДЕРЖАНИЕ ЦИНКА И МЕДИ В ВОДНОМ СТОКЕ ОВРАЖНО-БАЛОЧНЫХ СИСТЕМ ГОРОДОВ САРАТОВА И ВОЛЬСКА
© А С. Шешнев
Саратовский национальный исследовательский государственный университет
D0I:10.24411/1997-8316-2020-11026
Аннотация: основная цель исследований - определение сезонной динамики (весенний максимум и летне-осенний минимум стока) поступления загрязняющих веществ (цинк и медь) с водным стоком оврагов и балок с территории городов Саратова и Вольска в Волгоградское водохранилище. Учитывая, что водохранилище служит источником централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и объектом рекреационной деятельности, необходима организация систем очистки поверхностного водного стока.
Шешнев Александр Сергеевич e-mail: sheshnev@inbox.ru
THE CONTENT OF ZINC AND COPPER IN THE URBAN SURFACE FLOW OF SARATOV AND VOLSK
A.S. Sheshnev Saratov State University
Abstract: the main aim is to determine the seasonal dynamics (spring maximum and summer-autumn minimum flow) of pollutants (zinc and copper) from the water flow of ravines and gullies from the cities of Saratov and Volsk to the Volgograd reservoir. Given the fact that the reservoir is as a source of centralized drinking water supply and recreational activities, the organization of surface water treatment systems is necessary.
ВВЕДЕНИЕ
Города, с геохимической точки зрения, представляют собой относительно небольшие по площади территории с концентрированием широкого спектра химических веществ и их последующим рассеиванием в окружающей среде [8]. Поверхностный водный сток, поступающий в гидрографическую сеть, играет большую роль в процессе транспорта химических веществ и соединений, в том числе осадочного материала. Во взвешенном и растворенном виде выносятся минеральные и органические вещества. Химический состав поверхностного стока может быстро изменяться под воздействием гидрометеорологических и техногенных условий. Металлическое загрязнение характерно для компонентов окружающей среды в условиях урбанизированных территорий - геологической среды, подземных и поверхностных вод, почв, донных отложений.
Медь (Си) и цинк ^п) относятся к приоритетным загрязняющим веществам Волгоградского водохранилища [7]. С целью исследования поступления Zn и Си с водным стоком овражно-балочной сети в период весеннего максимума и летне-осеннего минимума стока выполнено опробование городских водотоков. Исследования выполнялись на территории двух городов - Саратова и Вольска. Оба населенных пункта расположены на правом берегу Волгоградского водохранилища в условиях развитой овражно-балочной и малой речной сети [6]. В то же время разница в численности населения (844,9 и 63,2 тыс. чел. в 2018 г.) и техногенной нагрузке позволяет представить общую картину качества стока для крупного промышленного города и среднего моногорода (в соответствии с классификацией городов по численности населения [4]).
Важным фактором формирования состава поверхностного стока служит промышленная специализация, характер застройки и степень благоустроенности территории водосбора. В связи с перестройкой экономики в течение 1990-2010-х годов изменились объемы, состав и источники поступления поллютантов. Это хорошо видно на примере загрязнения атмосферы, где резко увеличился вклад автотранспорта и уменьшилась роль стационарных источников выбросов. Вероятно, подобная тенденция, но в не столь резкой форме, может наблюдаться и для поверхностного водного стока.
МЕТОДЫ
Отбор проб выполнен в устьевых створах десяти овражно-балочных комплексов на территории Саратова (рис. 1) и двух на территории Вольска (рис. 2). В долинных комплексах водотоки имеют постоянный характер.
Аналитические исследования водных проб выполнены методами атомно-абсорбционной спектроскопии. Приводится среднее арифметическое содержание по результатам двукратного определения компонента в каждой пробе. При фактической концентрации ниже порога чувствительности метода значение обозначено как «н.о.» («не определены»). Экологическая оценка загрязнения проведена относительно нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ для: 1) водных объектов рыбохозяйствен-ного значения (ПДКрыб) [3]; 2) водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКхоз) [2]. Приемный бассейн для стока городских балок - Волгоградское водохранилище - относится к обеим категориям водопользования. Определяемые вещества (Си и Zn) для указанных категорий водопользования относятся к третьему классу опасности.
Рис. 1. Расположение объектов исследования на территории Саратова, устья водотоков
Рис. 2. Расположение объектов исследования на территории города Вольска, устья водотоков
РЕЗУЛЬТАТЫ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Результаты определения содержания Си и Zn приведены в Таблице 1.
Из 12 сравнительных пар проб понижение концентраций летом в сравнении с весной наблюдается в 67% случаев по Zn и Си; повышение - в 33% случаев по Zn и 25% по Си. В одном водотоке содержание Си было постоянным по сезонам.
Повышенное содержание весной, вероятно, связано с залповым поступлением поллютантов из снегового покрова как депонирующей среды. Это предположение подтверждают вычисленные линейные коэффициенты корреляции. Для весеннего
стока установлена высокая корреляционная связь с коэффициентом 0,73, указывающая на единый источник поступления загрязнителей (снег). Для летне-осеннего стока выявлена слабая корреляционная связь величиной 0,37.
Наибольшее содержание Zn и Си закономерно приурочено к водам овражно-балочных комплексов промышленного кластера Заводского района Саратова (овраги Токмаковский и Залетаевский), где водосборные площади наименее благоустроены.
Отмечена резко разнонаправленная динамика изменения содержания летом в сравнении с весной. Содержание Си значительно уменьшилось в ручьях Залетаевский (5,4) и Алексеевский (7,7 раза); возросло - в ручье
Глебучев (3,9 раза). Концентрация Zn резко снизилась в водотоках Залетаевский (4,1), Алексеевский (4,3), Белоглинский (7,1), На-заровка (10) и Нижняя Малыковка (6,7 раза); резко повысилась в ручьях Сеча (5,2 раза), Крутенький (с «н.о.» до 1,23 мг/л).
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ОТ И ZN В ВОДОТОКАХ
Весенний максимум стока. Концентрация Си во всех водотоках в сотни раз превышает ПДКрыб: от 480 раз в Глебуче-вом до 7000 в Залетаевском овраге. В пределах ПДКхоз воды ручьев Глебучев (0,48), Сеча (0,98), Назаровка (0,88) и водотоков в Вольске - Нижняя Малыковка (0,58 ПДКхо) и Верхняя Малыковка (1,0 ПДКхоз). Наиболее загрязнены воды ручьев Безымянный и Алексеевский (2400 ПДКрыб, 2,4 ПДКхоз), Токмаковский (2600 ПДКрыб, 2,6 ПДКхоз), Залетаевский (7000 ПДКрыб, 7 ПДКхоз).
Zn обнаружен во всех пробах, кроме ручья Крутенький. ПДКрыб превышен от 10 до 120 раз, ПДКхоз превышен в водах ручья Залетаевский (1,2 раз). Наибольшие концентрации в ручье Залетаевский (120 ПДКрыб, 1,2 ПДКхоз.) и Назаровка (70 ПД^, 0,7 ПДКхоз.).
Летне-осенний минимум стока. Концентрация Си в водотоках повсеместно в сотни раз превышает ПДКрыб: от 310 раз в Алек-сеевском до 1880 в Глебучевом. В пределах ПДКхоз воды ручьев Алексеевский (0,31), Белоглинский (0,6), Мутный ключ (0,59), Назаровка (0,75) и водотоков в Вольске - Нижняя Малыковка (0,58) и Верхняя Малыковка (0,7 ПДКхоз). Наиболее загрязнены воды ручьев Глебучев (1880 ПДКрыб, 1,88 ПДКхоз), Сеча (1800 ПДК 1,8 ПДКхоз), Крутенький и Безымянный (1250 ПДКрыб, 1,25 ПДКо), Токмаковский (1060 ПДКрыб, 1,06 ПДКхоз).
Содержание 2п во всех водотоках превышает ПДКрыб от 6 (Нижняя Малыковка) и 7 (Назаровка, Белоглинский и Алексеевский)
Таблица 1.
Результаты определения ^ и Zn в пробах вод водотоков, мг/л*
Показатель Место отбора проб ПДК
Саратов Вольск
Назаровка Токмаковский Залетаевский Мутный ключ Крутенький Белоглинский Глебучев Сеча Безымянный Алексеевский Нижняя Малыковка Верхняя Малыковка рыбхоз. [3] хозбыт. [2]
Си 0,88 0,75 2,6 1,06 20 1,3 1,1 0,59 Ш, 1,25 1,1 0,6 0,48 1,88 0,98 1,8 24 1,25 24 0,31 0,58 0,58 1,0 0,2 0,001 1
*Примечание: в числителе - результаты анализа в период весеннего максимума стока (апрель 2019 г.); в знаменателе - в период летне-осеннего минимума стока (август 2019 г.)
до 123 раз (Крутенький). ПДКхоз превышен в водах ручья Крутенький (1,23 раза). Наибольшие концентрации в ручьях Крутеньком (123 ПДКрыб.; 1,23 ПДК0зХ Сече (52 ПДК^; 0,52 ПДКхоз) и Мутный ключ (39 ПДКрыб; 0,39 ПДК ).
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ВОЛГОГРАДСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
Особенности гидрохимического состава вод Волгоградского водохранилища - весьма динамичный показатель. Основные загрязнители распределены по акватории в целом равномерно, и по данным мониторинга тяжелых металлов за 2001-2007 гг. среднее содержание Си составляло 0,015 мг/л, Zn - 0,009 мг/л [5], т.е. в отдельные годы в водоеме превышаются нормативы рыбо-хозяйственного назначения. Тем не менее относительно среднемноголетнего «фонового» состояния вод приемного бассейна (Волгоградского водохранилища) концентрации тяжелых металлов в составе стока городских водотоков существенно выше. Повышенные концентрации загрязнителей характерны для акватории водохранилища в зоне влияния городов, а наибольшие гидрохимические аномалии приурочены к местам впадения загрязненных водотоков. Токсикологические исследования также показывают острую токсичность вод городских оврагов, впадающих в водохранилище [5].
С поверхностным стоком в водохранилище поступает осадочный материал техногенного происхождения. Тяжелые металлы, поступая
в виде растворенных соединений в водную среду, участвуют в биологических и физико-химических процессах, приводящих к сорбции соединений донными отложениями [1]. Этот процесс играет важную роль в самоочищении водных объектов. В прибрежной полосе в донных отложениях формируются геохимические аномалии - источники вторичного загрязнения в системе «воды - донные отложения». В этих условиях происходит биоаккумуляция водной растительностью тяжелых металлов, поглощаемых как из воды, так и из донных отложений.
ВЫВОДЫ
Статья подготовлена в рамках гранта Президента РФ для молодых российских ученых (проект МК-33.2020.5).
